硫酸鹽化煙塵

閃速熔煉在高裝入量生產時，煙氣量和煙氣顯熱大，煙塵溫度高，菸灰容易沉降在上升煙道開口部，形成結瘤。

閃速熔煉採用硫酸鹽化技術是一把雙刃劍，研究工作就是要兩者兼顧，找到平衡點，實現閃速爐排煙煙氣硫酸鹽化的最佳化，以穩定閃速爐的正常生產。

基本介紹

• 中文名：硫酸鹽化煙塵
• 本質：煙塵硫酸鹽化技術

煙塵粘結的原因

閃速熔煉在高裝入量生產時，煙氣量和煙氣顯熱大，煙塵溫度高，菸灰容易沉降在上升煙道開口部，形成結瘤。若鍋爐除塵設備除塵效果差、傳熱效率低或者傳熱面積不夠，菸灰會大量粘結在鍋爐管壁和蒸發管上。一旦鍋爐除塵效果差，或出口煙氣溫度不能降低到允許值以下，菸灰還會產生後移現象，排煙煙道和電收塵器也會發生煙塵粘結事故。

閃速熔煉排煙系統產生煙塵粘結的主要原因有以下幾個方面：

1）原料成分複雜、雜質元素含量高，且品位波動大。在高裝入量、高品位及高富氧濃度的熔煉條件下，精礦中的揮發性雜質元素隨煙氣進入排煙系統，冷凝後成為煙塵，這些雜質元素的氧化性菸灰粘附性強，不易清除，容易導致排煙系統產生煙塵粘結事故。

2）高速噴入反應塔的銅精礦和熔劑絕大部分發生分解和氧化反應後，沉降到沉澱池中，少量極細小的精礦粒子夾帶在煙氣里進一步氧化，經過上升煙道時沉降，產生粘結。粘結物從東西兩側往上升煙道開口部中心發展，逐漸縮小上升煙道開口部。

3）若生產中操作參數控制不當（例如：煙氣含氧量、溫度等），或因上升煙道開口部結瘤，而大幅度地增加燒嘴燃料量，會導致輻射部出口溫度上升，大量煙塵在輻射部空腔得不到沉降而後移至對流部，易造成對流部積灰嚴重。

煙塵硫酸鹽化基本原理

煙塵硫酸鹽化的主要方程式：

Cu₂O+3/2O₂+SO₂=2CuSO₄；

2PbO+O₂+SO₂=2PbSO₄；

2ZnO+O₂+SO₂=2ZnSO₄。

這些反應均為放熱反應。

因為閃速熔煉氧氣的設計利用率達到了99%以上，為了使閃速熔煉的硫酸鹽化反應充分進行，要求鼓入硫酸鹽化風。鼓入硫酸鹽化風主要有兩個方面的作用：

1）在沉澱池項部通過二次氧槍噴入氧氣，燃燒菸灰，可降低閃速熔煉菸灰發生率，同時產生的熱量有助於保持上升煙道與廢熱鍋爐連線部的開度，並熔化上升煙道側牆/喉口部的菸灰粘結；

2）氧化銅的比熱容只有49 kcal/mol，而硫酸銅的比熱容為101 kcal/mol，在同樣煙氣條件下，氧化銅為熔融狀，易在鍋爐管束上粘結，而硫酸銅為鬆散狀，不易在鍋爐管束上粘結。這樣提高煙氣中SO₃濃度，使煙塵硫酸鹽化，結構疏鬆，易於清理。但硫酸鹽化風量鼓入太大，會提高煙氣中氧氣分壓力，煙氣露點上升，硫酸工序廢酸原液中的酸度升高，會產生不利影響：

1）閃速熔煉煙氣中含有不定量的SO₃是硫酸車間廢酸的直接來源，廢酸原液採用硫化工藝回收其中的砷和銅，處理後排出液送廢酸廢水處理，由於排出液酸度濃度高，增加了廢酸廢水處理的運行成本；

2）煙氣露點上升，排煙系統的設備易產生低溫腐蝕。

由此可以看出，閃速熔煉採用硫酸鹽化技術是一把雙刃劍，研究工作就是要兩者兼顧，找到平衡點，實現閃速爐排煙煙氣硫酸鹽化的最佳化，以穩定閃速爐的正常生產。

煙塵硫酸鹽化技術的研究

1、控制煙氣中SO₃發生率的研究

要實現精確控制煙塵硫酸鹽化，就必須控制好SO₃發生率。本研究結合SO₃的生成機理，分析排煙系統中的煙氣成分和煙塵性質，找出SO₃發生率可控性操作條件。

1）煙氣溫度的影響。

煙氣中SO₂要轉化成SO₃，則必須滿足的條件：△G≤0，即－22 600+21.36T≤0，得出T≤785℃。從熱力學角度而言，溫度越低，越有利於SO₃的生成。但從動力學的角度分析，溫度越高，分子的有效碰撞次數增多，有利於加快反應的進度；

據有關資料報導：在有催化劑存在的條件下，SO₃生成的最佳溫度在400～500℃之間。把鍋爐輻射部出口溫度控制在480～530℃及530℃以上兩個溫度範圍之內，用於調查鍋爐輻射部出口煙氣溫度的變化對SO₃發生率的影響。

從以上測試結果來看：提高鍋爐輻射部出口溫度，有利於降低煙氣中SO3發生率。

2）煙氣與菸灰成分分析。

測定閃速爐排煙系統的SO₂、SO₃等煙氣成分。

分析可知：SO₃的生成區域主要集中在鍋爐對流部，至電收塵器區域，SO₃%大幅下降，且菸灰中的元素S主要以SO₄^2-的狀態存在。這一結論和前面所提到的SO3生成的最佳溫度在400～500℃之間是相吻合的。

2、仿真研究

研究方法：通過餘熱鍋爐入口區域的計算機仿真結果，獲得其流場、溫度場等信息，為硫酸鹽化風的給入量、位置和速度等參數的確定提供可靠依據。噴入和關閉硫酸鹽化風時，中心截面溫度分布雲圖見圖1所示。

對比噴入和關閉硫酸鹽化風時的中心截面溫度分布雲圖，可以看出：硫酸鹽化風橫向衝擊進入輻射室的高溫煙氣，可打散高溫煙氣團，並使高溫煙氣向接近兩邊側牆水冷壁方向流動，使換熱更加充分；而且橫向衝擊的鹽化風改變了高溫煙氣的速度大小和方向，有效保護了頂棚水冷壁以及防止積灰。但是也可以看出：最下方的鹽化風噴嘴，噴入的鹽化風未能直接衝擊高溫煙氣團，鹽化風打散高溫煙氣的作用未能充分發揮出來。因此，需要對硫酸鹽化風噴嘴的位置進行最佳化調整，使3個硫酸鹽化風噴槍所噴入的鹽化風能全部發揮作用，直接衝擊高溫煙氣。

煙塵硫酸鹽化技術套用實踐

1、存在的問題

2#閃速爐於2007年8月投入試生產，試生產期間，鍋爐對流部、鵝頸煙道、沉降室、電收塵器入口方管均出現過菸灰嚴重堵塞事故，導致閃速爐頻繁停爐，2007年閃速爐作業率僅為82.26%。造成這種情況的主要原因是排煙系統中的煙塵粘性大、易堆積、不易清理，且煙塵在排煙系統後移。為此，2008年2#閃速爐新增了一套硫酸鹽化風系統，即沉澱池頂部靠近上升煙道一側配置了5根二次燃燒氧槍，鼓入純氧；在廢熱鍋爐輻射部入口東、西兩側配置了3隻硫酸鹽化風噴嘴，鼓入常氧壓縮空氣。

該硫酸鹽化風系統投入使用後，排煙系統煙塵粘結基本上得到了控制，但在使用過程中也出現了一些問題，主要表現在以下幾個方面：

1）因硫酸鹽化風采用沉澱池送風機供給的常溫空氣，導致在硫酸鹽化噴嘴周圍的鍋爐水冷管出現低溫腐蝕的現象，鍋爐頻繁出現漏水事故。

2）硫酸鹽化噴嘴布置在鍋爐輻射部入口東、西兩側，其中東面一支，西面兩支。在生產過程中發現：因硫酸鹽化風管伸入鍋爐靠近上升煙道開口部一側，在鹽化風管周圍容易產生菸灰粘結，一旦煙塵大塊落下，會危及到鍋爐爐管的安全。 2009年6月，閃速爐廢熱鍋爐幅射部（擋渣屏下方）嚴重堆積菸灰，引起閃速爐停爐、清灰達82h。同年7月，上升煙道開口部“老鷹嘴”菸灰大塊掉下，砸裂鍋爐幅射部受熱面，砸壞幅射部刮板機，閃速爐緊急停爐，影響生產達163h。

針對這兩起事故，經過討論，認為上升煙道開口部粘結菸灰，通煙截面變小是引起這兩起閃速爐停爐事故的關鍵。

3）由於堵塞，取樣分析困難，生產得不到實時線上數據，憑藉經驗及不定期現場人工抽樣分析的數據來指鼓風量及燃料供給，鍋爐自動化控制程度低。

2、採取的措施

根據以上事故產生的原因，結合硫酸鹽化技術研究成果，採取了相應的措施：

1）2010年，利用年修之際，將3支硫酸鹽化風噴嘴由原來的側面移至鍋爐入口正上方的前牆上，呈水平排列，向下傾斜，以加強硫酸鹽化風與排煙煙氣紊流混合，提高煙塵硫酸鹽化效果，同時可抑制上升煙道開口部的煙塵粘結，避免菸灰大塊掉下砸裂鍋爐爐管事故的發生。

2）新增1台蒸汽加熱器，把硫酸鹽化風加熱至200℃以上，避免硫酸鹽化風對鍋爐爐管產生低溫腐蝕。

3）在閃速爐鍋爐出口新增1台QT-1-4QO1-HHH氧氣分析儀，用於線上檢測鍋爐出口煙氣中的氧氣濃度，為精確控制煙氣中SO₂、O₂濃度含量提供了實時有效的檢測數據。鍋爐出口氧氣濃度一般控制在硫酸鹽化噴嘴1.0%～2.0%之間。鍋爐出口氧氣濃度與煙塵硫酸鹽化程度相關聯，此參數可作為硫酸鹽化風量的調整依據，同時鍋爐出口氧氣濃度的變化也可反映出鍋爐漏風情況。

4）排煙系統採用硫酸鹽化技術，明顯改變了煙塵的性質，從外觀上看，積灰由深褐色變成了微紅的深黃色。煙塵硫酸鹽化程度可以通過分析鍋爐煙塵成分來判斷。通常鍋爐菸灰含硫量控制在5%～7%左右。

5）硫酸工序廢酸原液的酸度與煙塵硫酸鹽化程度有一定的關聯：酸度高，煙塵硫酸鹽化效果好，但對排煙系統設備會產生腐蝕，且增加廢水處理成本；酸度太低，表明煙塵硫酸鹽化效果差。採用硫酸鹽化技術要二者兼顧，正常情況了廢酸原液中的酸度控制在100～150g/L。

6）加強廢熱鍋爐各處溫度的監控和彈簧錘振打的管理，特別是對流部出口煙氣溫度的監控。要及時根據鍋爐內的粘結情況和溫度分布情況，調整振打頻率與振幅。

7）精心調整好閃速爐控制參數，加強閃速爐爐況與沉澱池排銅排渣的管理。

8）規範化閃速爐的爐內點檢制度，及時發現、及時清理上升煙道開口部和廢熱鍋爐內部的煙塵粘結。